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Der Einfluss der Tastaturbelegung auf Anzahl und Art von Fehlern

Lillian G Malt, Ausarbeitung mit dem Titel "The Effect of Keyboard Layout on Error Rate and Error Patterns". Übersetzung dieses Artikels von PCD Maltron in Australien.

Autor: Lillian Malt, Quirral Haus, Thursley, Surrey GU8 6QW

Zusammenfassung

Fehlerstatistiken für drei Tastaturbelegungen werden im folgenden verglichen: Die Malt-Belegung, die Belegung nach Sholes (Qwerty) und die Dvorak Vereinfacht.

Alle Statistiken für die Malt Belegung wurden auf Maltron Tastaturen bei Büroarbeit wissenschaftlicher Mitarbeiter auf Long Island, New York, USA, gewonnen. Diese Mitarbeiter berichteten unter anderem von einer 10% Produktivitätssteigerung. Alle Statistiken bezüglich Sholes (Qwerty) und Dvorak sind aus dem Artikel "Typewriting Behaviour" von Dvorak, Merrick, Dealet und Ford verfasst und 1936 veröffentlicht durch die American Book Company.

Die Analyse von über 5 Mio. Tastenanschlägen von wissenschaftlichem und mathematischen Texten, auf Maltron-Tastaturen eingegeben, ergab 1.139 Eingabefehler. Dies bedeutet eine Fehlerrate von 0,021%, beziehungsweise zwei Fehlern auf 10.000 Tastenanschlägen. Buchstaben-Ersetzungsfehler gab es 328 darunter, was 28,79% sind.

Das Fehlermuster ist sehr unterschiedlich zu dem auf Sholes und dem auf Dvorak Tastaturbelegungen. Daraus wird geschlossen, dass die Tastaturbelegung Einfluss auf die Fehlerrate und die Art der Fehler hat. Die Belegungen der drei Tastaturen sehen wie folgt aus:

 Q P Y C B   V M U Z L
 A N I S F   D T H O R 
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 Q W E R T   Y U I O P 
 A S D F G   H J K L ; 
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 A O E U I   D H T N S
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Argumente für alternative Tastaturbelegungen

Es ist allgemein bekannt, dass die Sholes (Qwerty)-Tastaturbelegung übermäßig beeinflusst wurde von mechanischen Zwängen der Schreibmaschine. Es wurde Zeit benötigt, damit sich die Anschlagsbügel vor und zurück zum Papier bewegten. Aus diesem Grund wurden, bis auf den Buchstaben 'A', die am häufigsten benutzten Buchstaben nicht unter den Fingern auf der Grundlinie positioniert. Andere häufig benutzte Buchstaben wurden an schwerer zugänglichen Stellen positioniert, um die Schreibgeschwindigkeit zu verlangsamen.

Dvoraks vereinfachte Tastaturbelegung platzierte die zehn meist genutzten Buchstaben auf der Grundlinie. Die Positionen wurden unter Annahme gewählt, dass der abwechselnde Einsatz beider Hände schneller geht, als das Tippen von Buchstabenfolgen auf einer Hand. (Diese Annahme wurde nicht konsequent überprüft, da die meisten Versuche mit der Sholes (Qwerty) Tastaturbelegung auf einer Standard-Schreibmaschine vorgenommen wurden. Die Qwerty-Belegung hat aber nur drei der 20 häufigsten Bigramme auf einer Seite und diese drei befinden sich auf der oberen Eingabezeile: 'ER, RE' und 'TE' wobei 'T' eine Streckbewegung der Hand erfordert.) Die Sholes-Schreibmaschinen-Tastenanordung mit ihren seitlich versetzten Eingabezeilen und den horizontal geraden Zeilen behindert die Eingabe von Buchstabenfolgen auf einer Hand.

Die schnellsten Eingaben auf der Maltron-Tastatur, mit ihrer dreidimensional an die Fingerlängen angepassten Form, sind häufige Bigramme auf einer Hand getippt und besonders dann, wenn diese Buchstaben unter dem Mittelfinger und Zeigefinger der beiden Hände gelegt wurden. Experimente mit Nachrichtenübertragung im Nervensystem (Efron 1963) zeigen eine 2-6 Millisekunden längere Übertragung an für Signale an die linke Hand. Wenn solche Verzögerungen existieren, dann erscheint es vertretbar zu vermuten, dass Übertragungen, die das Corpus Callosum durchlaufen müssen, was bei Handwechseln passieren muss, alle um 2-6 Millisekunden verzögert werden.

Weil Dvorak akzeptierte, dass alle Eingaben mit Handwechseln schneller sind, als Eingaben von Buchstabenfolgen auf der gleichen Hand, setzte er alle Vokale nebeneinander unter die Finger der linken Hand und die häufigsten Konsonanten unter die Finger der rechten Hand.

Da Vokale im Englischen die größte Fehlerquelle sind beim Lesen und Buchstabieren, könnte man berechtigt vermuten, dass mit einer solchen Belegung mehr Fehler als durchschnittlich erwartet vorkommen, wenn alle häufigen Vokale und Konsonanten auf benachbarten Tasten liegen. Gemäß der Statistiken in 'Typewriting Behaviour' (Seiten 504/505) ist dies tatsächlich der Fall.

Die Malt-Tastaturbelegung verfolgt drei wichtige Ziele. Als erstes Ziel sollen alle häufig vorkommenden Buchstaben auf der Grundposition der Finger liegen, also unter allen Fingern inklusive den Daumen, um Fingerbewegungen und Streckungen über die Tastatur zu minimieren. Als zweites Ziel sollen bekannte Eingabefehlerquellen und Sprachverwirrungen vermieden werden. Mit einer solchen Anordnung sollen die häufigsten Fehlerquellen, die bei den beiden Belegung von Sholes (Qwerty) und Dvorak beseitigt werden. Als drittes Ziel sollen, wo möglich, Buchstabenfolgen auf einer Hand gefördert werden, mit benachbarten Tasten, wie auch auseinanderliegenden Tasten.

Inwieweit diese Fehlervermeidungsziele erreicht wurden, wird im folgenden besprochen. Fehlerraten auf der Maltron-Tastaturbelegung sind im Vergleich zu der Standard Qwerty-Belegung erstaunlich niedrig. Viele Benutzer erlebten eine Reduktion der Fehler auf ein Zehntel, als sie vorher mit Qwerty gemacht hatten. Die Art der Fehler auf Malt sind ebenfalls andere, als bei Sholes und Dvorak.

Fehlerarten und ihr Bezug zur Tastaturbelegung

Alle Zahlenabgaben für Sholes und Dvorak sind dem Artikel 'Typewriting Behaviour' (S. 504/505) entnommen. Buchstabenersetzungen entstehen, wenn ein falscher Anschlag gemacht wird und ein anderer als der gewünschte Buchstabe entsteht: dies entweder aufgrund einer Sprachverwirrung, oder weil sich die Finger von der Grundposition gelöst hatten. Zum Beispiel wird 'A' gedrückt anstelle von 'O' und statt 'shop' wird 'shap' getippt.

Dvorak (Seite 366) gibt an, dass Buchstabenersetzungen, bei denen falsche Tasten gedrückt wurden, (entweder, weil die falschen Finger benutzt wurden, oder weil die Finger die Grundposition verloren hatten,) die häufigste Fehlerursache sind. Auf der Maltron-Tastatur mit Malt-Belegung sind Buchstabenersetzungen nicht die häufigste Fehlerart. Buchstabenvertauschungen, bei denen die richtigen Tasten gedrückt werden, aber in der falschen Reihenfolge, sind bei Maltron die häufigste Fehlerart. Zum Beispiel 'trnas' statt 'trans'. Solche Fehler werden unzureichend schneller Überwindung des Raums durch die Muskeln zugeschrieben und nicht falscher Fingeransteuerung. Andere häufigen Fehlerarten sind die Auslassungen, die Einfügungen und Sonstige, zu denen Leerzeichenfehler und Gross-/Kleinschreibungsfehler zählen.

Die Verteilung der Fehler auf die Fehlerklassen im Vergleich zwischen Sholes und Maltron, wie von Dvorak angegeben (S. 366, aaO)

Die Maltron Prozentwerte wurden berechnet auf Basis von 1.139 Fehler in 5.326.470 Tastenanschlägen. Sholes Prozentwerte sind auf Basis von 20.623 Fehlern berechnet (Dvorak, Seite 366, a. a. O.) . Anzahl der Tastenanschläge sind nicht verfügbar. Gesamtzahl der Fehler und Tastananschläge sind für die Dvorak Tastaturbelegung ebenfalls nicht verfügbar (a.a.O).

Buchstabenersetzungsfehlerquoten bei Einzelbuchstaben

Jede Betrachtung der Ursache von Fehlern muss auf die Auftrittshäufigkeit von Einzelbuchstaben, wie auch auf die Fehlerhäufigkeiten in Bigammen eingehen. Voraussetzung für einfaches und schnelles Tippen ist eine gute Positionierung der häufigsten Zeichen.

Ein Text von Kucera und Francis 'Computational Analysis of Present-Day American English' wurde verwendet, um Mono-, Bi- und bis zu Hexa-Grammen Häufigkeiten zu ermitteln. Auf Basis von 1.014.232 Wörter , dabei 4.807.066 Zeichen insgesamt, davon waren 4.761.306 Buchstaben.

Um Fehlerhäufigkeiten zu ermitteln wurde ein Rechtschreibprüfungsprogramm DEC Runspell verwendet, welches 5.326.470 Zeichen untersuchte. Runspell findet 96% der Fehler in Wörtern. Damit ist Runspell genauer, als manuelle Methoden der Fehlersuche. Es wurden 1.139 Fehler in dem Schreibergebnis auf einer Maltron Tastatur gefunden, (0,021% der analysierten Anschläge). Davon waren 328 Buchstabenersetzungensfehler, 28,80% aller Fehler, und 0,006% aller analysierten Anschläge. 63.916 Buchstabenersetzungensfehler wurden für Sholes und 3.329 für Dvorak angegeben. Die Gesamtzahl der Anschläge zu denen die Buchstabenersetzungensfehler gehören wurde nicht angegeben für Sholes und Dvorak Tastaturbelegungen.

Die 10 häufigsten Zeichen im Englischen sind nach Kucera:

E T A O I N S R H L

Die Grundlinien von der Maltron und Dvorak beinhalten je 8 dieser Zeichen.

(E) T A O I N S (R) H

Qwerty kann nur 4 bieten:

A S H L

Von den häufigsten 10 Zeichen ist bei Maltron von nur 'L' auf der oberen Reihe. Bei Dvorak sind es 'R' und 'L'.

Sofern die Belegung keinen Einfluss auf die Fehlerrate hat, würde man erwarten, dass Maltron und Dvorak Fehler nach dem gleichen Muster produzieren: sie haben 9 bzw. 8 der häufigsten 10 Zeichen auf gut erreichbaren Tasten. Tatsächlich zeigt die Rangfolge der 10 am häufigsten in Buchstabenersetzungensfehler verwickelten Zeichen bei den drei untersuchten Belegungen beachtliche Unterschiede.

Maltron: C R (AST) (DI) (LP) E (AST zusammen auf Rang 3, DI gleichermassen auf Rang 6, LP beide auf Rang 8)

Sholes:  E R S O D I T A F N

Dvorak:  O A E T W R H S I U

'E' ist zwar der häufigste Buchstabe aber an letzter Stelle in der Liste der 10 häufigsten falsch geschriebenen Buchstaben bei Maltron. Es ist in dieser Liste bei Sholes an erster Stelle und bei Dvorak an 3. Stelle. Mit anderen Worten, Maltron vermeidet hohe Fehlerraten bei 3 der häufigsten 10 Buchstaben ('O', 'N' und 'H'). Dvorak bei 'N' und 'L'. Sholes bei 'H' und 'L'. Die Buchstaben, bei denen alle drei Belegungen Buchstabenersetzungensfehler häufig aufwiesen sind bei unterschiedlichen Rangfolgen: 'E', 'T', 'A', 'I', 'S' und 'R'.

Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass die Tastaturbelegung Fehlermuster bedeutsam beeinflusst.

Die Rangfolge nach Fehlerrate sieht bei den drei Belegungen wie folgt aus:

• Der Buchstabe 'C' (nach Kucera) kommt 147,174 mal in 4,761,306 Buchstaben vor
• Der Buchstabe 'L' kommt 196.005 mal vor
• Der Buchstabe 'P' kommt 95.769 mal vor

Auf der Maltron Tastatur haben all diese Buchstaben eine höhere Fehlerrate als 'E', das 592.719 mal vorkommt. Bei Sholes hat 'E' die höchste Fehlerrate und auf Dvorak ergeben 'O' und 'A' mit Auftrittshäufigkeiten von 360.071 und 381.212 beide jeweils mehr Fehler als 'E'.

Schlussfolgerungen

Es erscheint, dass die Buchstabenposition, wie auch deren Nachbarschaft, Einfluss nimmt auf die Fehlerrate. Jedoch muss gleichzeitig die Auftrittshäufigkeit eines Buchstaben betrachtet werden, um die Fehlerrate zu relativieren.

Buchstabenersetzungsfehlerraten in Bigrammen

Es ist genauso wichtig die Positionierung von häufigen Bigrammen zu bedenken, wie die einzelner Buchstaben, in Bezug auf ihren Beitrag zu Fehlerraten, oder umgekehrt ihren Beitrag zur Fehlerfreiheit. Das Diagramm der Fehlerstatistik für Buchstabenersetzungen aus "Typewriting Behaviour" (S. 504,505) wurde angehängt und durch eine Tabelle ergänzt, die die 328 Buchstabenersetzungsfehler aus 5.326.470 Anschlägen auf einer Maltron-Tastatur zeigt. Zunächst der Vergleich der 10 häufigsten Einzelbuchstabenfehler auf Maltron, Sholes und Dvorak Belegungen zusammen mit ihrer Auftrittshäufigkeit in der englischen Sprache.

• R = Rang in Fehlerrate

• B = Buchstabe
• Häufigkeit = Vorkommen in 4.761.306 Buchstaben

Total:

• 4,761,306 Buchstaben
• 4,786,992 Anschläge
• 1,014,232 Wörter

Diese Tabelle zeigt, dass Buchstabenersetzungsfehler nicht zufällig sind bei Maltron und Dvorak. Bei Sholes scheinen sie gleichhäufig bei allen Buchstaben vorzukommen, was evtl. der zusammengewürfelten Belegung entspricht. Fehlermuster sind sehr verschieden bei den drei. Die Spitzenreiter bei Buchstabenersetzungsfehlern bilden nicht die gleichen Buchstaben; auch nicht die gleichen Fingerbewegungen.

Von den 650 (25x26) möglichen Buchstabenersetzungen passieren 134 bei Maltron, 648 bei Sholes (Qwerty) und Dvorak kennt 325. Dies kann natürlich daran liegen, dass mehr als 20 mal mehr Fehler für Sholes als für Dvorak untersucht wurden und 10 mal mehr für Dvorak als für Maltron. Die Zahl der Anschläge in denen diese Fehler auftraten sind nur für Maltron bekannt, mit 5.326.470 in einem Arbeitsumfeld.

Analyse der Buchstabenersetzungsfehler

Die folgende Tabelle zeigt die fünf Buchstabenpaare, die am häufigsten in Buchstabenersetzungsfehler verwickelt sind. Weiterhin werden die benutzten Finger und die Reihe auf der der Buchstabe liegt ausgegeben. (Die Finger sind von links nach rechts mit 1-10 durchnummeriert)

 Q P Y C B   V M U Z L
 A N I S F   D T H O R 
 , ? J G '   _ W K - X 

 Q W E R T   Y U I O P 
 A S D F G   H J K L ; 
 Z X C V B   N M , . / 

 ' , . P Y   F G C R L
 A O E U I   D H T N S
 ; Q J K X   B M W V Z 

Buchstabenersetzungen auf benachbarten Tasten und bei Handwechseln

Nur Grundlinie:

• Die Malt-Belegung vermeidet völlig Buchstabenersetzungsfehler durch benachbarte Anschläge auf der Grundlinie.
• Qwerty hat mit 'S' statt 'D' und 'A' statt 'S' zwei Nachbaranschlagsfehler auf der Grundlinie.
• Dvorak hat hohe Fehlerrate auf allen Vokalen. Diese liegen bei Dvorak alle nebeneinander unter den Fingern der linken Hand.

Andere Zeilen:

• Bei Malt gibt es zwei benachbarte Buchstabenpaare mit Buchstabenersetzungen. Beide auf der linken oberen Reihe: 'P' statt 'Y' und 'Y' statt 'C'. Weiterhin drei Buchstabenersetzungen durch Benutzung des gleichen Fingers: 'R' statt 'L', 'C' statt 'S' und 'I' statt 'Y'; diese Buchstaben liegen alle auf der Grund- und der oberen Reihe.
• Bei Qwerty gibt es zwei benachbarte Buchstabenpaare mit Buchstabenersetzungen. Beide auf der linken oberen Reihe: 'R' statt 'E' und 'R' statt 'T' und ein Fehler beim Handwechsel für die sehr oft vorkommenden Vokale 'E' statt 'I', beide auf dem Mittelfinger.
• Dvorak hat nur eine Buchstabenersetzungen durch Benutzung des gleichen Fingers: 'N' statt 'R'.

Die Auftrittshäufigkeiten der Buchstaben in den fünf obigen Buchstabenpaaren, die am häufigsten in Buchstabenersetzungsfehler verwickelt sind, lauten:

Vergleich der Gesamthäufigkeiten der Buchstaben mit den höchsten Fehlerraten

Die Häufigkeiten für die 10 die Fehlerliste führenden Buchstabenpaare mit Ersetzungen sind:

Vergleich der Gesamthäufigkeiten der Buchstabenpaare mit den meisten Ersetzungen:

Hier die Häufigkeiten für die restlichen Buchstabenpaare aus Vokalen:

Alle Aufstellungen stammen aus "Computational Analysis of Present-Day American English" von Henry Kucera und W Nelson Francis, 1967, Brown University Press.

Schlussfolgerungen

Die Häufigkeit von Buchstabenersetzungsfehler ergibt sich weder entsprechend aus der Einzelbuchstabenhäufigkeit noch der Tastenposition. Maltron hat nur sechs Grundlinienbuchstaben unter denjenigen mit den 10 höchsten Fehlerraten. Sholes hat vier und Dvorak acht. Dies bedeutet, dass die Tastaturbelegung Einfluss auf die Fehlerraten hat.

Die Maltron-Belegung führt nicht nur zu einer sehr niedrigen Fehlerrate, sondern verhindert Fehler auf drei der sehr häufigen Buchstaben 'O','N','H'; Sholes macht dies nur für zwei, 'H' und 'L'; Dvorak für 'N' und 'L'.

Abschliessend sei nochmal daran erinnert, dass die tatsächliche Fehlerquote bei Maltron viel niedriger ist, als für Dvorak und Sholes. Da die Gesamtzahl der Anschläge für die beiden Aufstellungen mit Buchstabenersetzungsfehler von Dvorak für seine und Sholes Belegung nicht genannt wurden, ist ein exakter Vergleich der absoluten Fehlerquoten nicht möglich.